[DOC] 长白山天池火山的地质构造背景

[DOC] 长白山天池火山的地质构造背景 长白山天池火山的地质构造背景 第27卷第5期 2006年1O月 地震地磁观测与研究 SEISM0L0GICALANDGE0MAGNETIC ()BSERVAT10NANDRESEARCH Vo127No5 0Ct2006 长白山天池火山的地质构造背景 李春锋张兴科’张呖王瑜.’ 1)中国北京100081中国地震局地球物理研究所 2)中国长春130022吉林省地震局 3)中国北京100083中国地质大学 摘要用地质学,地球物理学和地震学相结合的途径分析 表 关于同志近三年现实表现材料材料类招标技术评分表图表与交易pdf视力表打印pdf用图表说话 pdf 明,长白山天池火山处于活动构造背 景中,西太平洋板块自日本海沟向我国大陆的持续俯冲作用是长白山天池火山喷溢的主要诱发机 制,天池火山的未来喷发可能受北西西向走滑机制的控制. 关键词板块俯冲;构造背景;断裂;震源机制;构造应力场 中图分类号:P317.2文献标识码:A文章编 号:1003—3246(2006)05—0043—07 引言 长白山天池火是中外火山工作者公认的,具有潜在喷发能力的高危险火山,它的近代喷发是 全球2000年来最大的喷发之一,它独特的大地构造位置一直为人们所关注.在以往的研究中, 人们主要着眼于天池火山的喷发历史,岩石学,地球化学等研究,而对天池火山的构造背景缺乏 深入,系统,全面的研究.地球形成早期,地壳较薄,火山活动以熔透式喷溢为主.随着地球内部 热量的不断消散,地壳越来越厚.这时,火山活动主要受构造运动的控制,并以裂隙式和中心式 喷溢为特点.在火山构造背景的研究中,特别是对喷发规模较大的火山的构造背景进行研究时, 往往会因为喷发产物的严重覆盖而难以追索构造痕迹.天池火山多期的大规模喷发(特别是新 生代以来的爆炸式喷发)形成了广布的火山产物,这给研究工作带来了极大的困难.由于长白山 天池火山处于西太平洋板块俯冲带的前缘,俯冲作用势必会对天池火山所在区域的构造格局产 生巨大的影响.基于以上原因,我们采取了地质学,地球物理学和地震学相结合的分析 方法 快递客服问题件处理详细方法山木方法pdf计算方法pdf华与华方法下载八字理论方法下载 ,对 天池火山的构造背景进行研究.实际上,利用构造地震的震源机制对火山构造背景进行研究的 方法还鲜有人用.本研究将为以后的火山灾害评估, 工程 路基工程安全技术交底工程项目施工成本控制工程量增项单年度零星工程技术标正投影法基本原理 地质等工作提供基础资料. 1长白山天池火山的火山作用 1.1天池火山的演化历史 长白山天池火山是一座大型的复合式火山,位于西太平洋板块俯冲带的前沿,中一朝古老 克拉通北缘附近,距我国着名的珲春深震带仅120km,地处北东,北西及东西走向的断裂带交 汇部位.长白山地区新生代火山岩厚度平均约300m,体积约9000km..长白山天池火山区 作者简介:李春锋(1966,),男,高级工程师,博士研究生,现主要从事长周期地震动的研究工作 基金项目:国家自然科学基金项目(50278090)资助 中国地震局地球物理研究所论着编号06AC2011 本文到收日期:2Q06—04—04 44地震地磁观测与研究27卷 的厚度最大(高达1300m),向四周逐渐变薄.说明长白山天池火山是本区新生代以来玄武 岩质岩浆喷发的中心地带.天池火山经历了早期的造盾阶段,中期的 造锥阶段和晚期的造火 山碎屑席阶段. (1)造盾阶段.从上新世末到早更新世,长白山区地壳活动加剧,强烈隆起,并涌出玄武岩 浆.天池火山口及周围的数十个大小火山口喷出的橄榄玄武岩质岩浆,呈放射状向周围漫流,形 成火山盾,构成了天池火山的基座.下部军舰山期玄武岩形成时间为2.77,2.12Ma,厚188m, 是天池火山的主体部分;白山期玄武岩形成时间为1.66,1.59Ma上部广坪期玄武岩的主要岩 性为橄榄辉石玄武岩,辉石玄武岩,橄榄玄武岩,玄武岩.K_Ar年龄为1.48?0.10Ma(刘嘉麒, 1982,1989). (2)造锥阶段.中,晚更新世,以天池为中心,大量碱性粗面岩质熔岩溢出,堆积在天池火 山口周围,盖在军舰山期玄武岩之上,形成天池火山锥体.晚更新世,在粗面岩质岩浆喷发的 间歇期,天池火山锥体子火山喷发,形成了由玄武岩质熔渣构成的子火山(老虎洞期玄武岩), 镶嵌在天池火山锥体的斜坡上.造锥阶段发生在1.0,0.04Ma(刘嘉麒,1989),经历了几个 喷发旋回. (3)造火山碎屑席阶段.全新世,天池火山发生爆炸式喷发.4105aBP和1199AD(刘若新, 1997)两次大爆发,形成了空降堆积和浮岩流堆积,呈席状覆盖于天池火山锥体及玄武岩平台上. 1199AD大爆发的火山灰漂到了千里之外的日本北海道,是目前世界罕见的大喷发之一. 1.2天池火山产物的地球化学特征(Basu,1991) 除了Eu之外,粗面岩中的REE值普遍比玄武岩的高.玄武岩表现出明显的Eu正异常, 而粗面岩则呈强烈的Eu负异常.尽管如此,玄武岩和粗面岩的稀土元素模式的总体趋势基 本相同.粗面岩中的Eu异常可能是玄武岩质母岩浆中斜长石晶体分化的结果,玄武岩和粗 图1长白山及周边地区第四纪断裂活动年代 (TL,ESR测年法,单位:10ka) 面岩应属同源岩浆同化作用——分步结晶作 用的产物. 天池火山的Sr—Nd—Pb同位素投影范围介 于MORB(大洋中脊玄武岩)和EMI(第一类 富集地幔)两个端员组分之间.表明天池火山 新生代产物含有MORB和EMI两种成分. MORB成分可能来源于潜没于我国大陆下方 的库拉(Kula)太平洋中脊,EMI成分可能来源 于大陆地幔. 2区域断裂(带)特征 北东,北西及北北东向为主的几条大规模 断裂带构成了长白山及邻区新生代以来的主 体构造格局(图1). (1)依兰一伊通断裂带.走向北北东,为一 地堑式槽地,由一系列断陷,隆起组成.断裂 带形成于中生代中晚期,伸展断陷作用形成新 生代早中期.沿断裂带发育了新生代玄武岩. 中新世火山活动强烈,从南到北都有含超镁铁 46地震地磁观测与研究 3西太平洋板块的俯冲作用与日本海的演化历史 3.1西太平洋板块的俯冲作用 Uyeda等(1972)通过对大洋中脊两侧玄武岩磁条带分布特征的研究, 给出了日本海演化 的示意图(图3).图3(a)是大约100Ma板块可能的运动方向和构造格 局;80,90Ma以前, (b) 图3日本海演化历史 (Uyeda等,1972;略有修改) 库拉太平洋中脊在欧亚大陆潜没[图3(b)3;大 约40Ma前,太平洋板块的运动方向变为 w—Nw,转换断层成为俯冲带[图3(c)];目前 西太平洋的俯冲方向大致与我国大陆边缘正 交[图3(d)]. 3.2日本海新生代的演化历史 (1)始新世渐新世早期(主扩张前).晚 白垩世,日本岛仍是亚洲大陆的一部分,处于 活动的大陆边缘.中新世中期(此时库拉板块 开始垂直亚洲大陆边缘俯冲),发生右旋运动. 整个日本陆块开始向南漂移,发生了第1次小 规模的拉分作用. (2)渐新世晚期一中新世早期(主扩张). 日本海盆两侧的左旋运动占主要地位.整个 日本以向南运动为主,产生了棱形的日本海 盆.在走滑断层的控制下,盆地强烈下陷.盆 地内产生了一些雁行式的槽地. (3)中新世中期(第2次扩张).发生了近 于平行日本岛弧南部的弧后扩张作用.这时,向南的走滑作用明显减 弱,只限于狭窄地带. 21Ma以后,应力场呈强烈的拉张状态,拉张方向和日本块体垂直(西南部向Nw—SE向拉张, 东北部向E—w向拉张).此时,在日本海的东部边缘产生了一系列地垒和地堑(叠加在先存的 走滑构造上.15,12Ma,向东的扩张占主导地位.弧后扩张大约在12Ma结束). (4)上新世末一第四纪以来(挤压阶段).3Ma或2Ma以来,西太平洋板块向西俯冲,日 本海停止扩张,本区进入挤压阶段.这一阶段,地震活动显着,震源(中深源地震)机制显示了 逆断型的特点,地震多沿东倾的断层面分布,断层面大致平行于日本海的东部边缘.这表明, 本区以E—w的挤压为主. 4现代区域构造应力场特征 4.1陆源浅源地震所反映的应力状态 研究区内浅源地震的震源机制分析结果表明,研究区地震的震源机制特征为近直立断层 的走滑机制,节面倾角较大,滑动方向接近水平.这些地震的P轴平均方位为近东西向.由 于多个地震的平均P轴方向可以反映区域构造应力场最大主压应力方向,所以工作区的平均 最大主压应力方向也为NEE—Sww向(李春锋,2000). 第5期李春锋等:长白山天池火山的地质构造背景47 4.2深源地震的震源机制 日本海及中国东北地区的中深源地震的压应力轴与板块下插方向近于平行,而张应力轴 与下插方向(近东西向)近于垂直(张立敏,1983;赵振,1991).这说明,在板块下插方向上,板 块处于压缩状态. 5长白山天池火山构造背景分析 我们可以通过以上的描述对长白山天池火山构造背景进行综合分析. 日本海地区地震震源深度等值线图(张立敏,1983)表明,西太平板块俯冲带的前缘已经达到 我国大陆下方(珲春一带).据此推测出长白山天池火山可能位于西太平洋板块俯冲带的前缘. 由浅源地震震源机制分析结果所得出的研究区的平均最大主压应力方向为NEE-SWW, 与俯冲带内中一深源地震震源机制分析所得出的主压应力方向基本一致.它们均与板块俯冲 的方向一致.从上新世以来的地壳抬升运动来看,长白山天池火山从造盾,造锥到近代喷发, 应处于近东西方向的挤压状态(李春锋,2000). 卫星照片及重力场解译结果显示,在天池火山口及其附近分布着互相平行的一组北西西向 断裂. 地球化学的分析结果表明,天池地区不同时期的火山产物岩浆演化趋势大致相同;岩浆可 能具有两个来源,即大陆的原始地幔和受西太平洋板块俯冲影响形成的扰动地幔. 从大区域来看,新生代早中期的玄武岩喷发主要受伸展作用控制. 上新世晚期一更新早期,长白山天池地区的断裂活动年代(70Ma,见图1)和火山产物的 喷发年代(刘嘉麒,1988)并不吻合.这说明,早期的断裂运动(北东向)并不是火山喷发的直接 诱发机制.可能只是在深部岩浆上升后,其局部地段起到了喷发通道的作用.在天池及周围 切过玄武岩盾的”x”型剪节理的锐夹角指向近东西(李春锋,2000).这表明,该地区更新世以 来受到了近东西走向的挤压作用.更新世晚期以来,具有弱挤压条件下喷发的特征.喷发活 动受到了北西西向深断裂的控制. 综上所述,总结为:西太平洋板块从侧向转向垂直方向对我国大陆进行俯冲的过程中(大 约100Ma~40Ma),致使我国东北地区形成了北东走向的左行平移断 层(依兰一伊通断裂,密 山一敦化断裂),”日本海和日本”地区发生走滑运动(渐新世晚期一中新世早期),并出现两次扩 张.鸭绿江一甑峰山断裂(70Ma)的右行走滑运动可能也由这一期间的俯冲运动引起.”日本 海和日本”地区由北北东向(渐新世晚期一中新世早期)转向北西向(中新世中期)两次主扩张, 使日本大陆逐渐从我国大陆分离.这种分离过程所产生的强烈拉张作用可能是我国东北地区 产生北东向伸展作用的主要原因.随着西太平洋板块向我国大陆进一步俯冲,日本海停止扩 张(大约12Ma),并于第三纪晚期使东北地区形成挤压环境.天池火山早期喷发可能以被动 的岩浆上涌为主动力,而晚期的喷发可能受北西西向走滑断裂的控制.天池火山产物中出现 了大洋地幔成份,说明西太平洋板块在深部参与了岩浆的热活动. 6未来的可能喷发 火山机构本身具有较大的喷发潜力.长白山地区是我国东北上升最快的地区(郭良迁, 1990).天池火山锥体在全新世仍在上升(刘若新,1995).火山机构中有岩浆房存在的证据 48地震地磁观测与研究27卷 (汤吉,1997).火山机构中,火山地震活动频繁,特别是近几年火山地震非常活跃(吴建平, 2005).地下热流体(温泉)也较发育.长白山天池火山应为高危险火山(李春锋,1999). 从上文分析中可知,由于西太平洋板块向我国大陆的持续俯冲作用,使我国东北地区现今 呈现挤压状态,研究区的最大主压应力为NEE—SWW方向,断层以走滑运动为主.我们有理 由认为天池火山未来的喷发可能受北西西向断裂的走滑作用所控制. 7结论 长白山天池火山处于活动的构造背景中,仍然在活动中,喷发潜力巨大.西太平洋板块向 中国大陆的持续俯冲作用,使我国东北地区现今呈现挤压状态,是天池火山未来喷发的驱动 力.天池火山未来的喷发可能受北西西向断裂的走滑作用所控制. 参考文献 郭良迁.1990.东北断块区的现代垂直形变及其构造活动的意义EJ3.东北地震研究,6(3):15,2O 金伯禄,张希友.1994.长白山火山地质研究[M].吉林延吉:东北朝鲜民族教育出版社 李春锋.1999.长白山天池火山的危险性和火山碎屑流灾害评估[J].东北地震研究,15(3):64,73 李春锋,王瑜,郑雅琴等.2000.长白山地区火山作用的地质构造背景[R].吉林省地震局,中国地震局地质研究所 刘嘉麒.1988.中国东北地区新生代火山幕EJ3.岩石,9(1):1,10 刘嘉麒.1989.论中国东北大陆裂谷系的形成与演化EJ3.地质科学,3,3,10 刘嘉麒,王松山.1982.长白山火山与天池的形成时代EJ3.科学通报,21,34,37 刘若新.1995.火山作用与人类环境[M].北京:地震出版社,28,35 刘若新,魏海泉等.1997.长白山天池火山最近一次大喷发年代研究及其意义EJ3.中国科学D辑,5,55,59 汤吉,刘铁胜等.1997.长白山天池火山区大地电磁测深初步观测EJ3.地震地质,19(2);164,170 吴建平.2005.中国大陆火山监测研究进展EJ3.地震地磁观测与研究,26(5);1,10 张立敏,唐晓明等.1983.板块构造基本问 题 快递公司问题件快递公司问题件货款处理关于圆的周长面积重点题型关于解方程组的题及答案关于南海问题 EJ3.地球物理,2,29,39 赵振.1991.日本海中深源地震的活动特征EJ3.东北地震研究,7(2);1,16 Basu.1991.Majorelement,REE,andPb,NdandSrgeochemistryofCenozoic VolcanicrocksofeasternChina;implications fortheiroriginfromsub0ceanic-typemantlereservoirsEJ’].EarthandPlanet aryScienceLetters,105,149,169 Uyeda.1972.OriginanddevelopmentofthePhilippineSeaEJ’].NaturePhys Sci,240,176,178 第5期李春锋等:长白山天池火山的地质构造背景49 AnalysisoftectonicsettingofChangbaishanTianchiVolcano LiChunfeng?,ZhangXingke?,ZhangYangandWangYu. 1)Instit”tP0fGeophysics,ChinaEarthquakeAdministration,Beijing1000081’China 2)EarthquakeAdministrationofJilinProvince,Changchun130022’China 3)ChinaUniversityofGeosciences,Beijing100083,China Abstract ThetectonicsettingofTianchiVolcanoisanalyzedinourstudywithgeological, geophysicalandseismologicalmethods.ThestudyshowsthatTianchiVolcanoislocatedin anactivesetting.ThesubductionoftheWestPacificPlatefromJapanTrenchtothe northeastofChinaisthemaininducementoftheeruptionsofTianchiVolcano.Anditmay bethestrike-slipfaultingofNWWthatcontrolsthefutureeruptionofTianchiVolcano. Keywords:platesubduction,tectonicsetting,fault,mechanismatthesource,t ectonic stress